肠道菌群失调通过激活NF-κB-IL6-STAT3轴促进前列腺癌进展和多西他赛耐药

Gut dysbiosis promotes prostate cancer progression and docetaxel resistance via activating NF-κB-IL6-STAT3 axis.

作者信息Weibo Zhong, Kaihui Wu, Zining Long, Xumin Zhou, Chuanfan Zhong, Shuo Wang, Houhua Lai, Yufei Guo, Daojun Lv, Jianming Lu, Xiangming Mao
PMID35710492
发布时间2022-06-16
DOI10.1186/s40168-022-01289-w

实验完整度

包含体内动物模型(皮下和原位移植瘤)、体外细胞实验(RM-1和DU145)、粪便微生物移植、16S rRNA测序及临床患者样本分析,并进行功能验证和机制验证。

主要模型

C57BL/6J小鼠皮下移植瘤模型 C57BL/6J小鼠原位移植瘤模型 RM-1小鼠前列腺癌细胞系 DU145人前列腺癌细胞系

重点核对

抗生素混合物(氨苄青霉素、粘菌素、新霉素、万古霉素)的剂量和给药方式 粪便微生物移植(FMT)的制备和给药 LPS处理浓度和时间 Stattic和docetaxel的剂量和给药方案 患者样本的纳入和排除标准

摘要

背景:据报道,肠道微生物群参与多种人类恶性肿瘤的进展和化疗耐药。然而,其如何以不依赖接触的方式对前列腺癌(一种肠外肿瘤)发挥作用的潜在机制仍不清楚,值得探索。抗生素暴露是影响肠道微生物群群落并能够引起肠道菌群失调的多种因素之一,与多种疾病相关。本研究旨在初步阐明肠道菌群失调与前列腺癌之间的联系。结果:首先,我们发现通过饮水摄入广谱抗生素扰乱肠道微生物群可促进小鼠皮下和原位肿瘤的生长。粪便微生物群移植可以传递抗生素暴露对肿瘤生长的影响。然后,对小鼠粪便进行16S rRNA测序表明,抗生素暴露后变形菌门的相对丰度显著升高。同时,在肠道通透性升高的情况下,瘤内脂多糖(LPS)显著增加。体内和体外实验均表明,由瘤内LPS激活的NF-κB-IL6-STAT3轴促进了前列腺癌的增殖和多西他赛化疗耐药。最后,对患者粪便样本的16S rRNA测序显示,变形菌门在转移性前列腺癌患者中富集,并与血浆IL6水平、区域淋巴结转移状态和远处转移状态呈正相关。受试者工作特征(ROC)曲线显示,变形菌门的相对丰度在预测前列腺癌远处转移概率方面优于前列腺特异性抗原(PSA)水平(ROC曲线下面积,0.860;p < 0.001)。结论:总之,本研究表明,以抗生素暴露导致的变形菌门富集为特征的肠道菌群失调,导致肠道通透性和瘤内LPS升高,通过NF-κB-IL6-STAT3轴促进小鼠前列腺癌的发展。考虑到人类患者的发现,变形菌门可能作为进行性前列腺癌的肠道生物标志物。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
肠道菌群失调(由抗生素暴露引起)是否以及如何影响前列腺癌的进展和对多西他赛的化疗耐药?
核心机制
抗生素暴露导致肠道菌群失调,以变形菌门富集为特征,增加肠道通透性和瘤内LPS,通过激活NF-κB-IL6-STAT3轴促进前列腺癌增殖和多西他赛耐药。
主要证据
体内外实验显示,LPS激活NF-κB-IL6-STAT3轴,促增殖和耐药;FMT传递效果;16S rRNA测序显示变形菌门富集;STAT3抑制剂Stattic逆转效应。
研究意义
该研究为前列腺癌进展和化疗耐药提供了新机制,并提示变形菌门可能作为进行性前列腺癌的肠道生物标志物。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立肠道菌群失调小鼠模型并评估肿瘤生长

确定抗生素暴露引起的肠道菌群失调对前列腺癌生长的影响

C57BL/6J小鼠饮水添加广谱抗生素(Abx组)或普通水(NC组),皮下或原位接种RM-1细胞,测量肿瘤体积和重量。

2

粪便微生物群移植(FMT)验证肠道菌群的作用

证明肿瘤生长的促进作用是由肠道菌群介导的

收集Abx或NC组小鼠的新鲜粪便,制备细菌悬液,通过灌胃给受体小鼠,比较肿瘤体积和重量。

3

16S rRNA测序分析肠道菌群组成

鉴定抗生素暴露后肠道菌群的变化,特别是变形菌门的丰度

提取粪便DNA,扩增16S rRNA V3-V4区,进行测序和生物信息学分析,比较各组菌群组成。

4

检测肠道通透性和瘤内LPS水平

探讨肠道菌群失调是否导致LPS易位和瘤内LPS升高

ELISA检测粪便、血清和肿瘤中LPS水平,HE染色评估结肠组织损伤,免疫组化检测肿瘤组织中LPS表达。

5

验证NF-κB-IL6-STAT3轴的激活

证明瘤内LPS激活NF-κB-IL6-STAT3轴

体外用LPS处理RM-1细胞,检测IL6转录和蛋白水平,western blot检测p-p65和p-STAT3,使用BAY-11-7082和IL6抗体处理。体内检测肿瘤和血清中IL6及p-p65/p-STAT3水平。

6

评估IL6-STAT3通路对细胞增殖和凋亡的影响

验证IL6-STAT3通路促进前列腺癌细胞增殖和抵抗凋亡

使用条件培养基(CM)和Stattic处理RM-1和DU145细胞,western blot检测增殖和抗凋亡蛋白,EdU和克隆形成实验评估增殖,TUNEL评估凋亡。

7

体内验证Stattic对肿瘤生长的影响

确定抑制STAT3是否能逆转肠道菌群失调介导的肿瘤生长

将小鼠分为NC、Abx、Abx+Stattic组,测量肿瘤体积和重量,免疫组化检测p-STAT3、cyclin D1、c-myc表达。

8

评估IL6-STAT3通路对多西他赛耐药的影响

验证IL6-STAT3通路促进前列腺癌对多西他赛的耐药性

体外用CM和Stattic处理细胞,加入多西他赛,检测细胞活力和凋亡。体内将小鼠分为NC、Docetaxel、Abx+Docetaxel、Abx+Docetaxel+Stattic组,测量肿瘤参数。

9

临床患者样本分析

验证肠道菌群失调与前列腺癌进展的相关性

收集BPH、非转移性前列腺癌和转移性前列腺癌患者的粪便和临床参数,16S rRNA测序分析菌群组成,进行相关性分析和ROC曲线评估。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
粘菌素RhawnR002831
新霉素MacklinN814740
万古霉素MacklinV820413
脂多糖SolarbioL8880
BAY-11-7082BeyotimeS1523
StatticAPExBIOA2224
多西他赛APExBIOA4394
二甲基亚砜SolarbioD8370
PEG300SolarbioIP9020
吐温-80SolarbioT8360
DAPISolarbioC0065
DABZSGB-BIOZLI-9018
Ki-67抗体abcamab15580
LPS抗体Cloud-CloneMAB526Ge22
p65抗体BeyotimeAF1234
p-p65抗体AffinityAF2006
p-STAT3抗体AffinityAF3293
STAT3抗体BeyotimeAF1492
IL6抗体R&DAF-406-SP
C-myc抗体AffinityAF0358
Cyclin D1抗体AffinityAF0931
Bcl-2抗体BeyotimeAF6285
Survivin抗体AffinityAF6017
β-肌动蛋白抗体BeyotimeAF5003
β-微管蛋白抗体BeyotimeAF1216
HRP标记的山羊抗兔IgGCWBIOcw0103s
HRP标记的山羊抗小鼠IgGCWBIOcw0102s
Cy3标记的山羊抗兔IgGBOSTERBA1032
LPS ELISA试剂盒Cloud-Clone--
IL6 ELISA试剂盒KeyGEN--
ECL底物MilliporeWBKLS0100
TriZOL试剂Thermo Fisher Scientific15596-026
PrimeScript RT试剂盒TakaraRR036A
SYBR Green PCR预混液TakaraRR820A
ABI QuantStudio 3Applied Biosystems--
CCK8试剂APExBIOK1018
HiPure粪便DNA提取试剂盒Magen--
AxyPrep DNA凝胶回收试剂盒Axygen Biosciences--
ABI StepOnePlus实时荧光定量PCR系统Life Technologies--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型建立
小鼠品系、年龄、抗生素剂量及给药方式、细胞接种数量和部位
阅读提示:Methods - Animal models
粪便微生物移植
供体处理、粪便悬液制备、灌胃体积和频率
阅读提示:Methods - Animal models, FMT部分
细胞处理
LPS处理浓度和时间
阅读提示:Methods - Cell culture
药物处理
Stattic和docetaxel的剂量、溶解方法、给药途径和频率
阅读提示:Methods - Animal models, Drug treatment部分
16S rRNA测序
引物序列、PCR条件、测序平台、生信分析参数
阅读提示:Methods - 16S rRNA sequencing